点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:超乎想象!工蜂也能“变”蜂王
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

超乎想象!工蜂也能“变”蜂王

来源:中国科学报2023-09-13 09:56

  圆圆的脑袋、胖胖的身体、鼓鼓的屁股、显眼的黄色和黑色的斑纹,看起来非常可爱的熊蜂,是设施农作物最理想的授粉昆虫之一。熊蜂不仅外表和蜜蜂不同,其习性和生理构造也不一样。熊蜂工蜂保留着完整的受精囊,而蜜蜂工蜂的生殖器官已经退化或丧失。

  近日,中国农业科学院蜜蜂研究所研究员李继莲牵头完成的研究成果在《自然-通讯》发表。该成果揭开了熊蜂的进化之谜,挑战了熊蜂工蜂终身不能交配是羽化前决定的这一认知。这一发现也是了解蜂类等社会性昆虫进化历程的一个重大飞跃。

  未解的进化之谜

  李继莲从事熊蜂研究长达22年,她告诉《中国科学报》,熊蜂大概有250种,分布在世界各地。其中,中国有125种,约占全世界熊蜂种类的50%,是熊蜂种类最丰富的国家。

  与蜜蜂是复杂高级社会性昆虫不同,熊蜂是简单高级社会性昆虫。熊蜂大部分一年一代,蜂王需要越冬度过滞育期。熊蜂蜂群由一只交配过的蜂王独居繁殖而来,因而蜂王在初始阶段负责产卵、采集和饲喂。第一批工蜂成熟后,才开始劳动分工,承担起哺育幼虫、清理巢房、采集食物等工作。当工蜂开始竞争产卵,蜂群就出现雄性蜂,新的蜂王性成熟后交配,又进入下一轮滞育期,就这样一代一代地繁衍。

  一个多世纪前,昆虫学家William Morton Wheeler将社会性昆虫定义为超有机体。其群体成员有严格的劳动分工和协作,形态和生理也有所不同。个体则担当不同角色,就像一个有机体的各种器官。个体离开群体不能单独生活,但每个成员自身又是一个完整的动物有机体,它们通过协作和互相依赖实现共同的生存和繁殖目标。典型的例子就是蚁群和蜜蜂群。

  丹麦哥本哈根大学社会进化中心教授Jacobus J. Boomsma 认为,超有机体的一个主要特征就是雌性在羽化前就决定了生殖劳动分工的两种级型。级型是指社会性昆虫群体中同为雌性却具有不同形态、身体结构、劳动分工和行为的个体类型,如蜜蜂中的工蜂和蜂王。

  蜂王具有繁殖优势,能够交配、储存精子和产下受精卵;而工蜂同为雌性,终身不交配。工蜂和蜂王的级型分化类似于后生动物的体细胞和生殖细胞的分化,而且级型分化是不可逆的。

  一旦工蜂进化为义务帮工,它们就不能生殖雌性后代,但可以产下不需要受精的单倍体雄蜂。因此,工蜂的生殖器官如卵巢和受精囊退化或丧失等现象,在蜜蜂和大多数蚂蚁中普遍存在。传统理论认为,这不仅消除了在未交配个体中发育和维持这些器官的成本,而且级型之间的这种形态特殊化将促进有效的劳动分工,减少群体内的生殖冲突。

  然而,2000年,科学家在解剖比较熊蜂的工蜂和蜂王的生殖器官时发现,熊蜂工蜂具有和蜂王类似的受精囊,而且受精囊的生理结构和分泌物也与蜂王类似,只是大小不同。

  后来,科学家又在胡蜂和某些蚂蚁亚科中发现,终身不能交配的雌性工蜂保留着完整的受精囊。这成为一个未解的进化之谜。

  给熊蜂做人工授精

  当科学家发现熊蜂工蜂的受精囊与蜂王的受精囊类似时,并没有揭示熊蜂工蜂的受精囊是否有功能,以及为何保留完整且耗能的受精囊。据论文评审人分析,可能是因为熊蜂人工授精是一个相当复杂的技术。

  李继莲在10多年前就特别重视熊蜂的人工授精,但因种种原因,研究没有进行下去。直到2019年,她遇到了论文第一作者庄明省—— 一名会做蜜蜂人工授精的学生。

  “中国养蜂学会40周年会议那天,我和李老师第一次见面,却一见如故。”庄明省回忆说,当时他们一拍即合,开始着手做熊蜂人工授精。

  在尝试过程中,庄明省非常偶然地使用了熊蜂工蜂进行人工授精练习。

  “当时我解剖授精的工蜂,清晰地看到精子竟然转移到工蜂的受精囊内。于是产生了一个想法——工蜂授精后能否产下受精卵?”李继莲得知了庄明省的这一想法,既惊喜又觉得不可思议,于是一起设计了验证实验。

  然而,第一次和第二次尝试都以失败告终——授精的工蜂死了。

  第三次,一只授精的工蜂成活了,并产下受精卵孵化出了工蜂。

  “那时我只觉得神奇,但李老师不一样,她非常重视这个现象。她说这个科学问题需要我们解决。现在回想起来,这应该就是一位科研人员的敏锐之处吧,也让我知道了什么是科学研究——发现科学问题,然后解决问题。”庄明省说。

  拯救全球熊蜂的新思路

  然而,这个偶然发现的下一步,是如何证明工蜂在何种状态下可以交配,这是研究中最难解决的问题。

  “我们一直在尝试各种条件,看工蜂能在哪种情况下进行交配,但都没有结果。”李继莲说。

  那段时间,庄明省简直不眠不休。一天半夜,他睡不着觉,又爬起来观察养的那些熊蜂。他突然发现,刚刚羽化出房没多久的工蜂也会互相攻击。

  第二天,他告诉李继莲这个现象,二人猜测——是不是工蜂受到社会环境的抑制才不能交配?也就是说,工蜂孤立了就可以交配。

  “于是我们开始做验证,在看到孤立后的工蜂像蜂王一样交配的那一刻,心情非常激动,同时强烈感受到这些生物的神秘。”李继莲说,羽化后孤立的熊蜂工蜂具有交配的能力,这意味着工蜂的交配能力并不是在羽化前丧失的,而是在受到蜂群社会因素的抑制后才丧失。

  换句话说,工蜂的交配能力是与生俱来的,因为工蜂羽化后单独饲养时可以与雄蜂交配,而在蜂群中饲养却失去了交配能力。

  他们还观察到,失去蜂王的蜂群里的工蜂,也有机会交配且繁殖出雌性后代。“工蜂在失王的蜂群中有机会交配,可能是一种繁殖策略,以维持蜂群发展,应对蜂王的早期损失。”李继莲说。

  该研究结果可以解释熊蜂工蜂终身不交配却保留完整受精囊的悖论,颠覆了已有认知,为社会性昆虫熊蜂的进化提供了新的理论指导,将促使人们重新评估工蜂级型在社会性蜂群中的作用,具有重要的科学价值。

  此外,人们还可以利用工蜂的交配和繁殖能力为阻止全球熊蜂数量下降提供新方法。李继莲说,对稀有和濒危熊蜂物种的工蜂进行人工授精,可用于熊蜂蜂王的大量繁殖,如果将它们放归栖息地,对熊蜂多样性的保护将会起到重要作用。

  “熊蜂超出我们的想象。我们会继续探索熊蜂世界的奥秘。”李继莲说,后续的科学问题还有待进一步探究,比如工蜂交配被抑制的机制、级型分化的机理等。(记者 李晨)

[ 责编:张佳兴 ]
阅读剩余全文()

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 日/周
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 第140届广交会第一期线下展:18.9万名境外采购商到会

  • 《长征专题书目(1936—2026)》出版发行

独家策划

推荐阅读
智能科技是当前最具革命性、引领性的科技前沿,是推动新质生产力质态变革的关键力量,它不仅表现为技术层面的迭代,更体现为生产方式、产业形态和价值创造模式的系统性重构,并推动形成智能经济新形态。
2026-10-20 10:00
推进全球人工智能伦理治理,必须坚持“以人为本、向上向善”,以增进全人类共同福祉为根本目标,从技术普惠、精准治理、多元参与和全球共治四个方面协同推进,构建发展机会均等、权责边界清晰、国际协同高效的治理秩序。
2026-10-20 09:59
人民健康是民族昌盛和国家强盛的重要标志,也是中国式现代化行稳致远的根基所在。时隔十年,2026年10月,全国卫生与健康大会再次召开。回望十载征途,健康中国已从宏伟蓝图,化作大江南北触手可及的民生福祉。
2026-10-20 09:58
自然如何不被贫困“吞噬”,跨境之痛如何共担,资金如何流向正确方向——16日在亚美尼亚首都埃里温举行的生物多样性领导人峰会,就这三个问题向《生物多样性公约》第十七次缔约方大会(COP17)正式谈判传递出三个诉求:把自然保护纳入安全议程,让全球目标回应区域现实,让资金和措施真正到位。
2026-10-20 09:57
生产要素创新性配置,推动资源治理由技术优化向制度协调延伸。算电协同、算水协同揭示的资源逻辑,是技术创新改变资源利用方式、要素创新性配置提升系统效能、产业转型升级实现综合价值的有机统一。
2026-10-20 09:55
围绕“科学作为全球公共产品”“负责任的人工智能应对全球挑战”“科学、社会与信任”三大议题开展对话交流
2026-10-20 08:58
2026国际科学理事会中期会员大会暨北京科学对话由国际科学理事会主办,中国科学技术协会、中国科学院、中国社会科学院、北京市人民政府共同举办
2026-10-20 08:29
城市是人民美好生活的载体,人民群众是城市建设的主体和城市发展的动力源泉。
2026-10-19 09:32
当你出门后,扫地机器人根据你的清洁习惯自己排定工作时间、规划好路线;自研的快充技术,让它边充边扫、无限续航。这个颇具科幻意味的场景,已被第140届中国进出口商品交易会(广交会)上的一款产品实现。
2026-10-19 09:35
“可信工具”这一重要提法精准抓住了人工智能发展的一个根本问题:我们不能只问人工智能是不是更聪明、更高效、更强大,还要追问它是否真正可信。
2026-10-19 09:31
让从农田到餐桌的全过程均有标准可依,并积极推广应用食品数字标签,让食品信息获取更便捷高效。
2026-10-19 09:18
推动卫生与健康事业高质量发展,不断提高人民健康水平,确保健康中国建设取得决定性进展。
2026-10-19 09:16
当前全球生态环境挑战日益严峻,科技创新是应对可持续发展挑战的核心力量。
2026-10-16 16:29
10月16日是第四十六个世界粮食日,所在周是全国粮食安全宣传周,主题为“创新当下,粮安未来”。从良种选育、智能农机到数字农业、精准储运,创新正成为粮食增产、节粮减损、营养提升的关键引擎。即日起,光明网联合科普中国推出系列科普视频,深入解读科技创新绘就的粮安答卷。
2026-10-16 08:46
在显示技术升级与人工智能赋能的双重驱动下,行业正跳出传统数字阅读的固有边界
2026-10-16 08:45
打造集技术研发、模型训练、系统验证及场景测试于一体的创新基地,推动人形机器人及具身智能技术从实验室研发阶段走向大规模产业应用。
2026-10-16 08:39
工业和信息化部、中央网信办、市场监管总局高度重视,在前期调查工作基础上,成立联合调查组开展核查,并依法依规处理。有关情况将及时公布。
2026-10-16 08:40
大会延续“零碳·科技”永久主题,以“智储新程 绿动全球”为年度主题
2026-10-16 08:35
“戈壁荒滩老风口,飞沙走石雁不留。托里县老风口蝶变的三部曲,为生态脆弱地区推动高质量发展、树立和践行正确政绩观,提供了深刻启示。树立和践行正确政绩观,就要算大账、算长远账、算整体账,既做显功、也做潜功,把生态优势转化为发展优势、民生福祉。
2026-10-15 09:51
常压下,水到0℃会结冰,这就是人们熟悉的相变,0℃即是相变的临界点。两篇论文的共同通讯作者、宁波东方理工大学助理教授余雪佳,把这个难题比作“在沸水中完好保存一件冰雕”。
2026-10-15 09:49
加载更多